жесткий диск компьютера (Винчестер)

[Eternity]

Жесткий диск безусловно самый распостраненный носитель информации, не один компьютер и ноутбук не обходиться без него. У этого устройства множенство названий и аббревиаттур давайте рассмотрим самые распостранненые:
Винчестер - откуда произошло такое название Вы можете узнать ознакомившись с разделом этой страницы "История жесткого диска" и уже в свою очередь от этого названия произошли такие каквинт, веник и др.
HDD - аббривиаттура на английском языке, которая раскрывается как hard disk drive, что на русском как раз и обозначает жесткий диск.
НЖМД - на русском языке жесткий диск имеет аббривеатуру НЖМД, что обозначает накопитель на гибких магнитных дисках.

ИСТОРИЯ ЖЕСТКОГО ДИСКА. Первый жесткий диск.
Официальной датой создания первого жесткого диска принято счиитать 13 сентября 1956 года. В этот день IBM (один из лидеров по производсту hdd) объявила о создании носителя информации основанного на магнитных пластинах. Диски имели прочную основу, на тот момент они покрывались оксидом железа, что давало право называть это устройство магнитным. На первом жестком диске было 50 пластин, которые имели диаметр 60 см. Этому носителю информации даже дали имя "RAMAC". представлял он из себя огромный шкаф, а вот объем информации которую можно было записать на него составил 5 Мбайт.

Выше мы уже говорили, что жесткий диск так же назвают винчестером. Давайте разберемся откуда пришло название винчестер. Все дело в том, что в 1973 году, опять же компания IBM, седлала прорыв в производсте жестких hdd. Она создала модель, которая имела название IBM 3340. Этотвинчестер стал намного меньще своего предшествинника, на нем увеличилась плотность записи данных, а еще увеличилась скорость доступа к этим самым данным. На внешний вид IBM 3340 представлял из себя два шкафчика с емкостью 30 Мбайт каждый, ткие же фиры были в маркировке винтовки "Winchester 30-30". Какой то шутник увидел аналогию в этих двух предметах и с тех пор к жесткому диску прикрепилось название винчестер.

УСТРОЙСТВО ЖЕСТКОГО ДИСКА.
Если рассматривать жесткий диск в целом, то он состоит из двух основных частей: это плата электроники, на которой располагается так сказать "мозг" hdd. На нем расположены процессор, так же присутсивует управляющая программа, оперативное запоминающее устройство, усилитель записи и чтения. К механической части относяться такие части как блок магнитных головок имеющих аббривиатуру БМГ, двигатель который придает вращение пластинам, ну и конечно же сами пластины. Давайте рассмотрим каждую часть более детально.

Интегральная схема.
Интегральная схема или плата электроники синхронизирует работу жесткого диска с компьютером и управляет всеми процессами, в частности она поддерживает постоянной скорость вращения шпинделя и соотвественно плаcтин, которая осуществляется двигателем.

Электромотор.
Электромотор или двигатель вращает пластины около 7200 оборотов в секунду (взято среднее значение, есть винчестеры на которых скорость выше и доходит до 15000 оборотов в секунду, а есть и с меньшей скоростью около 5400, от скорости вращения пластин зависит скорость доступа к нужной инфоормации на жестком диске).

Коромысло.
Коромысло предназначено для записи и чтения информации с пластин жесткого диска. Конец коромысла разделен и на нем находится блок магнитных головок, это сделано для того, что бы можно было записывать и считывать информацию с нескольких пластин.

Блок магнитных головок.
Магнитные головки распологаются сверху и снизу пластин и служать для непосредственного считывания информации с платин расположенных на жестком диске.

Пластины.
На пластинах непосредственно храниться информация, они изготавливаются из таких материалов как, алюминий, стекло и керамика. Самое большое распостранение получил алюминий, а вот из двух остальных материалов изготавливают, так называемые "элитные диски". Первые выпускаемы пластины покрывались окисью железа, но этот ферромагнетик имел большой недостаток. Диски покрытые таким веществом имели небольшую износостойкость. На данный момент большинство производителей жестких дисков покрывают пластины кобальтом хрома, у которго запас прочности на порядок выше, чем у окиси железа. Пластисны крепяться на шпиндель на одинаковом друг от друга расстоянии, такая конструкция имеет название "пакет". Под дисками распологается ранее описанный двигатель или электромотор.

Каждая сторона пластины разбита на дорожки, они в свою очередь разделены на сектора или по другому блоки, все дорожки одного диаметра представляют из себя цилиндр.

Все совеременные винчестеры имеют так называемый "инженерный цилиндр", на нем хранятся служебная информация, такая как модель hdd, серийный номер и др. Эта информация предназначена для считывания компьютером.

Низкоуровневое форматирование жесткого диска.
Раньше после того как Вы впервые подключили жесткий диск к компьютеру необходимо было произвести низкоуровневое форматирование. Для осуществлениия этой операции в BIOS присутствовал специальный выделенный пункт. На сегодняшний момент эту процедуру выполняют заводы изготовители. При низкоуровневом форматировании происходит запись сервоинформации, которая содержит в себе данные о специальных метках, которые предназначены для стабилизации скорости вращения шпинделя, поиска головками необходимых секторов, а так же информация, которая помогает следит за расположением головок над поверхностью пластины.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЖЕСТКОГО ДИСКА.
Выше мы рассмотрели устройство жесткого диска и частично затронули вопрос взаимодействия различных частей hdd. Давайте теперь рассмотрим как работает этот носитель информации.

В процессе работы жесткого диска не происходит прямого контакта БМГ и поверхности пластины, более того если такое соприкосновение произойдет это разрушит hard disk drive. Мотор раскручивает шпиндель до 15 000 оборотов в секунду, из за этого образуется так называемая воздушная подушка, которая и не дает соприкосаться БМГ с платинами. Если же скорость вращения по различным причинам (перебои в электропитании или же штатное выключение компьютера) становится ниже критической, то коромыло перемещается в парковочную зону жесткого диска. Эта зона распологается у шпинделя, где не происходит процесса записи и чтения информации, поэтому головки спокойно ложатся на поверхность пластин в такой парковочной зоне.

Запуск жесткого диска.
После того как на hdd подается питание, происходит тестирование электроники, по мере того как двигателем раскручивается шпиндель, а вместе с ним соотвественно и пластины, появляется эффект воздушной подушки, которая поднимает магнитные головки с зоны парковки. После того как достигается необходимая скорость вращения, БМГ покидают парковочную зону и с помощью контроллера ищут сервометки, созданные в процессе низкоуровнего форматирования. Если процессор получает положительный результат, то жесткий диск переводится в рабочий режим.

Технология чтения/записи на жестком диске.
Чтение и запись на жесткий диск, а вернее на одну из пластин hdd производиться головками записи входящими в состав БМГ. Принцип этого процесса идентичен процессу записи и считывания информации с кассет. Данные преобразуются в перменный электрический ток, далее этот ток поступает на головку записи/чтения, преобразовавшись в магнитное поле он намагничивает участок пластины жесткого диска. Как мы уже знаем плаcтины покрыты ферромагнитным слоем, который можно намагнитить одним из способов, каждый из этих способов обозначает либо 0 либо 1. намагниченный участок платины hdd называют доменом. Это домен представляет собой маленькую область пластины, которая имеет заряд с определенной ориентацией северного или южного полюсов. После того как магнитная головка, воздействовала на домен, он принимает одно из значений и на пластине образуются зоны остаточной намагниченности, они как раз и обозначают сохраненную на диске информацию.

[Eternity]

Жесткий диск. Что такое жесткий диск
Накопитель на жёстких магнитных дисках, НЖМД, жёсткий диск, хард, харддиск, HDD, HMDD или винчестер – это энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. В отличие от «гибкого» диска, информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других — несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.
Накопитель информации на жестких дисках состоит из герметичного блока и платы электроники. Герметичный блок заполнен обычным обеспыленным воздухом под атмосферным давлением, и в нем размещены все механические части. Кинематика жесткого диска состоит из одного или нескольких магнитных дисков, жестко закрепленных на шпинделе двигателя, и системы позиционирования магнитных головок. Магнитная головка находится на одной из сторон вращающегося магнитного диска и осуществляет чтение и запись данных с поверхности магнитных дисков, вращающихся со скоростью до 15 000 оборотов в минуту. Головки закреплены на специальных держателях и перемещаются системой позиционирования между центром и краем диска. Точное позиционирование магнитных головок осуществляется по записанной на диске сервоинформации. Считывая ее, система позиционирования определяет силу тока, которую нужно пропустить через катушку электромагнитного привода для удержания магнитной головки над требуемой дорожкой.
При включении питания процессор винчестера выполняет тестирование электроники, после чего выдает команду включения шпиндельного двигателя. При достижении некоторой критической скорости вращения плотность увлекаемого поверхностями дисков воздуха становится достаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности и поднятия их на высоту меньше микрона над поверхностями дисков. С этого момента и до снижения скорости ниже критической головки 'парят' на воздушной подушке и совершенно не касаются поверхностей дисков. После достижения дисками скорости вращения, близкой к номинальной, головки выводятся из зоны парковки, и начинается поиск сервометок для точной стабилизации скорости вращения, после чего выполняется считывание микрокода и другой служебной информации с магнитной поверхности. В завершение инициализации выполняется тестирование системы позиционирования путем перебора заданной последовательности дорожек, и если оно проходит успешно, жесткий диск сообщает о готовности к работе. Для повышения надежности хранения информации микропрограмма жестких дисков отслеживает технологические параметры (SMART), доступные для считывания и анализа программой, которая уведомляет пользователя о надвигающемся сбое.
Типы жестких дисков.
Жесткие диски для настольных компьютеров традиционно изготовляются размером 3.5', имеют скорость вращения 5400 или 7200 об/мин и интерфейс подключения IDE или SATA.
Жесткие диски для серверов имеют более высокую скорость вращения (до 15000 об/м). Для подключения в них используются различные модификации параллельного (SCSI) или последовательного (SATA, SAS) интерфейсов. Т.к. эти диски применяются в системах, требующих повышенной надежности хранения информации, они имеют более высокое качество изготовления и время безотказного функционирования превышающее 1000000 часов. До недавнего времени жесткие диски для серверов имели ширину 3.5'. Сегодня стали появляться 2.5-дюймовые модели.
Портативные внешние жесткие диски позволяют практически полностью решить проблемы, связанные с транспортировкой объемных файлов. Такой мобильный носитель состоит из 2.5' или 3.5'-жесткого диска и контроллера для подключения к требуемому порту. Контролеры, в свою очередь, могут подключаться к компьютеру через интерфейс USB 2.0 или FireWire (1394).
Стационарные внешние жесткие диски могут состоять из одного или нескольких накопителей, они могут иметь достаточно большие вес и размеры, для их работы может потребоваться отдельное питание, но при этом они позволяют хранить большой объем информации.
Жесткие диски для ноутбуков имеют размер 2.5' и 1.8', скорость вращения 4200 или 5400 об/мин и интерфейс подключения IDE. Следует отметить, что из-за конструктивных особенностей, тепловыделение и уровень шума жестких дисков такого типа существенно ниже, чем у винчестеров, используемых для настольных компьютеров и серверов.
Форм-фактор жесткого диска.
Все выпускаемые жесткие диски имеют стандартные размеры и посадочные отверстия для крепления. В ПК, ноутбуках или серверах для установки жесткого диска имеются специальные установочные места определенного форм-фактора. Для внешних накопителей этот параметр указывает стандарт жесткого диска, который используется в накопителе. Форм-факторы жестких дисков: 1', 1.3', 1.8' 2.5' 3.5'. Цифра указывает ширину HDD в дюймах. Чем меньше эта цифра, тем меньше его размеры и вес.
IDE RAID
RAID (Redundant Array of Independent Disks) - технология, которая позволяет объединить несколько независимых дисковых накопителей в один массив. Основной целью использования RAID-массивов является повышение доступности и защищенности данных.
RAID JBOD (Just A Bunch of Disks) - в этом режиме RAID-контроллер объединяет диски в единый массив.
RAID 0 - в этом режиме из нескольких дисков формируется один массив. При доступе к этому массиву обращение к дискам происходит параллельно, благодаря чему скорость работы повышается. Но если на любом из жестких дисков происходит сбой, то данные теряются.
RAID 1 - на двух жестких дисках хранятся идентичные данные. При неисправности одного жесткого диска все данные остаются доступными на другом диске без ущерба для целостности данных.
RAID 10 - представляет собой комбинацию RAID 0 для повыщения производительности и RAID 1 для защиты данных. Для такого массива необходимо четыре диска.
RAID 5 - все данные разбиваются на блоки и для каждого блока формируется блок 'четности', по которому можно восстановить утерянные данные. Блоки с данными и блоки 'четности' записываются вперемешку на все диски.